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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-000969-9

Komparative Genexpressionsanalyse von hepatozellulären Präneoplasien und Karzinomen in Modellen der endokrinen und chemischen Hepatokarzinogenese der Ratte

  • Die bedeutende Rolle eines insulinomimetischen Stoffwechsel- und Signalmilieus in glykogenotischen hepatozellulären Präneoplasien konnte in zwei etablierten Rattenmodellen der Zirrhose-unabhängigen Hepatokarzinogenese unlängst belegt werden. Trotz des Einwirkens unterschiedlicher Karzinogene verläuft dieser Prozess sowohl im Modell der niedrigdosierten intrahepatischen Pankreasinseltransplantation in diabetischen Ratten als auch im chemischen Modell mit nicht-diabetischen Ratten nach N-Nitrosomorpholin (NNM)-Exposition nach der typischen glykogenotisch-basophilen Entwicklungssequenz mit ausgeprägten Ähnlichkeiten bezüglich Morphologie und molekularbiologischen Veränderungen. Welche Bedeutung insulinomimetische Mechanismen während der weiteren Karzinogenese in diesen Modellen noch haben und welche zusätzlichen pathogenetischen Faktoren hinzukommen, ist bisher weitgehend unbekannt und soll durch eine globale Genexpressionsanalyse näher beleuchtet werden. Dazu wurden verschiedene morphologische Karzinogenesestadien von Ratten aus dem Inseltransplantations- und NNM-Modell mit Hilfe der komparativen cDNA-Mikroarray-Technik auf intraindividuelle Expressionsveränderungen mehrerer tausend Gene untersucht. Neben glykogenotischen Präneoplasien, weiter fortgeschrittenen gemischtzelligen Präneoplasien und hepatozellulären Karzinomen (HCC) aus dem Transplantationsmodell Streptozotocin (Stz)-diabetischer Ratten sowie glykogenotischen Präneoplasien und HCC aus dem NNM-Modell befand sich auch eine Gruppe autoimmun-diabetischer Ratten mit glykogenotischen Präneoplasien nach Inseltransplantation unter den Versuchstieren. Mit Hilfe dieser Versuchsgruppe sollten potentiell relevante Unterschiede der Expressionsveränderungen zwischen den glykogenotischen Präneoplasien der verwandten Transplantationsmodelle aufgedeckt werden, welche auf die einmalige Stz-Applikation im klassischen Transplantationsmodell zurückzuführen sein könnten. Die Expressionveränderungen betreffen in beiden Modellen mehrere hundert Gene aus zahlreichen zellulären Prozessen, wobei insgesamt (2512 versus 1717) und bei Gegenüberstellung der korrespondierenden Stadien im klassischen Inseltransplantationsmodell stets mehr Gene alteriert sind als im NNM-Modell. Am geringsten ist die Zahl alterierter Gene in den glykogenotischen Präneoplasien der autoimmun-diabetischen Ratten. Die in allen Versuchsgruppen prozentual am stärksten von den Expressionsveränderungen betroffenen Gene stammen von intrazellulären Signalmediatoren, Transkriptionsregulatoren und Membranrezeptoren. Aus dem Bereich des Grundstoffmetabolismus sind Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsel am stärksten betroffen. Insgesamt gibt es bezüglich der alterierten Zellprozesse keine wesentlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchsgruppen. Die Expressionsveränderungen nehmen bis zur Vervierfachung im Karzinomstadium im Verlauf der Karzinogenese in beiden Modellen zu (kumulativer Effekt). Unter den alterierten Genen finden sich neben solchen des Glukose-Turnovers und der Insulin-Signaltransduktion zahlreiche weitere Karzinogenese-assoziierte Gene, darunter lipogene Mediatoren, mehrere Wachstumsfaktoren (ErbB-, FGF- und Annexin-Familie), Mediatoren der Angiogenese, Apoptoseregulation und der intrazellulären Signaltransduktion, onkogene Transkriptionsfaktoren, DNA-Reparaturgene sowie einige bekannte Protoonko- und Tumorsuppressorgene. Die Expressionsveränderungen sprechen auch für eine Rolle von insulinomimetischen Mechanismen in der späten experimentellen Hepatokarzinogenese, wobei diese eher durch andere Karzinogenese-assoziierte Phänomene als durch direkte Insulinrezeptor-Signalübertragung aufrechterhalten werden könnten. So ließen sich einige Expressionsveränderungen des Glukosestoffwechsels zum Beispiel mit Hilfe des Warburgeffekts oder als Hypoxie-induziert erklären. Darüber hinaus liefern vorliegende Ergebnisse Anhaltspunkte für weitere pathogenetisch relevante Mechanismen während der Karzinogeneseprogression in den untersuchten Modellen. Dazu gehören unter anderem der wachstumsfördernde Einfluss von überexprimierten Wachstumsfaktoren der ErbB-Familie und lipogenen Mediatoren aber auch die Dysregulation des intrazellulären Signalkaskadennetzwerks und des programmierten Zelltods. Die Alteration derselben zellulären Prozesse im Transplantations- und NNM-Modell bestätigt eine große Übereinstimmung im Verlauf der Karzinogenese in beiden Modellen auf Transkriptionsebene. Insgesamt sind die Alterationen im Stz-Modell stärker ausgeprägt. Sowohl die Anzeichen für mögliche vorübergehende Stz-induzierte Genexpressionsveränderungen in den klarzelligen Präneoplasien als auch Ursache und tatsächliche kausalpathogenetische Bedeutung der hier nachgewiesenen Expressionsveränderungen müssen durch weitere Untersuchungen validiert und gezielter analysiert werden.
  • The importance of an altered insulinomimetic metabolism and signalling in hepatocellular glycogenotic preneoplastic lesions has been documented recently in two rat models of non-cirrhotic hepatocarcinogenesis. Despite the different carcinogenic mechanism tumours develop both after low-number intrahepatic islet transplantation in diabetic rats and in non-diabetic rats after exposure to N-Nitrosomorpholin (NNM) along the characteristic glycogenotic-basophilic sequence of preneoplasias. To elucidate the meaning of an insulinomimetic profile and further pathogenic mechanism during later stages of progression a global comparative cDNA microarray analysis of different morphological stages from the transplantation model and the NNM model was performed. Glycogenotic and mixed-cell preneoplastic lesions and hepatocellular carcinomas (HCC) from Streptozotocin (Stz)-diabetic rats after islet transplantation as well as glycogenotic lesions and HCC from NNM-exposed animals were examined. In addition a group of autoimmune-diabetic rats with glycogenotic preneoplastic lesions was investigated, that should indicate relevant differences in gene expression resulting from single Stz-application in the classical transplantation model. Changes in expression affected several hundred genes and numerous cellular signalling pathways in all models. But more genes were altered in the classical transplantation model compared with tissue from NNM model and the alterations were least common in animals with autoimmune induced diabetes mellitus. In particular, genes from intracellular signalling, transcription regulation and membrane receptors as well as genes from lipid and carbohydrate metabolism were altered. The relative composition of altered cellular pathways was not different between all experimental groups. Altered genes quadruple during carcinogenesis in both models (cumulative effect). Alongside alterations in glucose turnover and insulin signalling a lot of cancer associated genes like lipogenic mediators, different growth factors (ErbB-, FGF- and Annexin family), oncogenic transcription factors, mediators of angiogenesis, apoptosis, intracellular signalling network, DNA repair and some established protooncogenes and tumour suppressors are affected. The identified changes of expression argue for maintained insulinomimetic mechanisms during late experimental hepatocarcinogenesis, which could be determined by other carcinogenic phenomena rather than by insulin receptor signalling alone. Some of the alterations, particularly in the glucose metabolism, can be explained by the Warburg effect or as hypoxia-induced. Moreover the present results for the first time provide evidence for additional relevant pathogenic mechanisms of carcinogenesis in these models, including growth promoting effects of overexpressed growth factors of the ErbB family and lipogenic mediators, but also deregulation of the intracellular signalling network and apoptosis amongst others. A similar pattern of alterations in gene expression in the transplantation model and the NNM model further underlines the high concordance during carcinogenesis on transcription level in both models. As a conclusion, alterations are always more pronounced in Stz-diabetic animals but similar between the two models. Transient additional Stz-induced alterations in glycogenotic preneoplastic lesions cannot be ruled out but do not seem to be of biological significance. The actual pathogenic impact of the molecular alterations on the transcriptional level in this study, however, has to be proven in subsequent investigations.

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Metadaten
Author: Franziska Fauser
URN:urn:nbn:de:gbv:9-000969-9
Title Additional (English):Comparative gene expression analysis of preneoplastic lesions and carcinomas in two different rat models of non-cirrhotic hepatocarcinogenesis
Advisor:Prof. Dr. Matthias Evert
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2011/05/03
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Medizinische Fakultät (bis 2010)
Date of final exam:2010/09/29
Release Date:2011/05/03
Tag:Foci alterierter Hepatozyten, Hepatokarzinogenese, N-Nitrosomorpholin, Präneoplasien, cDNA-Mikroarray
GND Keyword:Diabetes mellitus, Genexpression, Inselzelltransplantation, Insulin, Leberzellkrebs, Ratte <Gattung>
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Pathologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit